一种阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置

1.本发明涉及微生态数据分析与处理技术，特别是涉及到一种用于分析细菌互作关系的数据处理方法和装置。


背景技术：

2.阴道炎是女性常见病和多发病，会引起炎性不适，影响生育力和妊娠结局，增加性传播疾病风险等。阴道炎具有混合感染多，复发率高的特点，从生态学角度审视其发病机制，认为阴道炎主因细菌互作异常造成微生态失衡引起，需要根据不同的细菌互作关系进行个体化治疗，兼顾“杀菌”和“促菌”，科学应用抗生素和益生菌以恢复微生态平衡，否则细菌“此消彼长”，容易出现阴道炎治疗后复发和耐药现象。
3.阴道微生态中有多种细菌，它们相互作用，互作关系复杂多样且动态变化，对维持阴道健康状态至关重要，但容易受外界多种因素影响而发生变化或微生态失衡。现有技术中，常用相对简单的关联模型分析阴道微生态中的细菌互作关系，关联模型基于相关系数构建，局限于阴道炎与多种细菌丰度的相关性分析，不能全面解析细菌互作的方向、强度、效应和动态变化。这种用于细菌互作分析的数据处理方法对阴道炎诊治的指导作用有限，既不能深刻阐明阴道炎的发病机制，也不能精准选择抗生素和益生菌，影响阴道炎疗效和阴道微生态修复。因此，需要开发一种用于解析阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法，以便提取微生态数据中的重要信息，全面分析细菌互作关系。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中常用于处理阴道微生态中细菌互作关系数据的关联模型只能进行细菌丰度相关分析，不能全面解析细菌互作的方向、强度、效应和动态变化，不能为精准选择抗生素和益生菌提供指导，因此影响阴道炎治疗效果和微生态修复的技术问题，本发明提出了一种用于解析阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法，能够解析出微生态中细菌互作的重要信息，为后续进一步的微生态数据分析和规律总结提供数据基础。
5.为了实现这一目标，本发明采取了如下的技术方案。
6.一种阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法，该方法包括步骤：a、对于不同背景条件中的每一种背景条件，根据该背景条件下多个样本中多种细菌的互作状态，确定该背景条件下的细菌互作网络，获得该背景条件下每一种细菌的独立参数和互作参数，判断细菌互作的方向、强度和性质；b、检验不同背景条件下的细菌互作网络差异的显著性。
7.本发明阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法中，根据一种背景条件下多个样本中多种细菌的互作状态，确定该背景条件下细菌互作网络的步骤包括：a1、获取该背景条件下多个样本中各种细菌的核糖体核糖核酸测序结果，得到不同细菌的操作分类单元数据；a2、对于每个样本中每种细菌的操作分类单元数据和该样本中所有细菌的操作分
类单元数据总和，利用异速率拟合这二者的关系;a3、基于博弈论构建该样本中多种细菌互作网络模型；a4、对于多个样本中的每一个，根据多种细菌间发生互作的情况，设定并解析多个样本下多种细菌丰度的似然函数，基于获得的多种细菌的独立参数和互作参数，构建该背景条件下的细菌互作网络。
8.另外，本发明阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法中，检验不同背景条件下的细菌互作网络差异的显著性的步骤包括：b1、基于各个不同背景条件，构建对应背景下的细菌丰度似然函数，获得不同背景条件下每一种细菌的独立丰度和互作丰度以及对应的独立参数和互作参数；b2、针对不同背景条件下每一种细菌的互作参数，与对应细菌比较，判断细菌互作方向性质和强度是否均相同；将均相同的细菌对归入h0假设，将不全相同的细菌归入h1假设，计算h0假设与h1假设似然值的比值，将比值与通过排列置换确定的阈值进行比较的结果，作为不同背景条件下的细菌互作网络差异是否显著的判别依据。
9.另外，本发明阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法中，对于多个样本中的每一个，根据多种细菌间发生互作的情况，设定并解析多个样本下多种细菌丰度的似然函数的步骤包括：a41、对于每一样本，选取包括细菌数量为变量数目的多元正态概率密度函数，由丰度向量、均值向量和对称性协变量矩阵构成；a42、对于多个样本，对每个样本下的多元正态概率密度函数进行乘积，构成多个样本下多种细菌丰度的似然函数；a43、利用四阶龙格-库塔法求解多个样本下多种细菌丰度的似然函数中每种细菌丰度的最大似然值，获得该背景条件下每一种细菌的独立丰度和互作丰度。
10.另外，本发明阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法中，对于多个样本，对每个样本下的多元正态概率密度函数进行乘积，构成多个样本下多种细菌丰度的似然函数包括，多个样本下多种细菌丰度的似然函数为：，其中， 表示细菌j (j = 1,
ꢀ…
, m)在第1~n个样本中的丰度向量， = ，,其中m为细菌种类，n为样本数量，e为一个样本中所有细菌的操作分类单元数据总和， 为测量误差矩阵和互作误差矩阵之和。
11.本发明还公开了一种阴道微生态中细菌互作关系的数据处理装置，该装置包括背景解析组件和背景检验组件，其中，背景解析组件对于不同背景条件下中的每一种背景条件，根据该背景条件下多个
样本中多种细菌的互作状态，确定该背景条件下细菌互作网络，获得该背景条件下每一种细菌的独立参数和互作参数，判断细菌互作的方向、强度和性质；背景检验组件用于检验不同背景条件下的细菌互作网络差异的显著性。
12.另外，本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理装置中，背景解析组件包括操作分类单元数据获取单元、拟合单元、细菌互作网络模型构建单元和解析单元，其中，操作分类单元数据获取单元用于获取该背景条件下多个样本中的多种细菌的核糖体核糖核酸测序结果，得到不同细菌的操作分类单元数据；拟合单元对于每个样本中的每种细菌的操作分类单元数据和该样本中所有细菌的操作分类单元数据总和，利用异速率拟合这二者的关系;细菌互作网络模型构建单元基于博弈论构建该样本中多种细菌互作网络模型；解析单元对于多个样本中的每一个，根据多种细菌间发生互作的情况，设定并解析多个样本下多种细菌丰度的似然函数，基于获得的多种细菌的独立参数和互作参数，确定该背景条件下的细菌互作网络。
13.另外，本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理装置中，背景检验组件包括背景解析单元，背景差异判别依据提取单元，其中，背景解析单元构建各个不同背景条件下的细菌丰度似然函数，解析获得各个不同背景条件下每一种细菌的独立丰度和互作丰度及对应的独立参数和互作参数；背景差异判别依据提取单元针对不同背景条件下每一种细菌的互作参数，与对应细菌比较，判断细菌互作的方向性质和强度是否均相同；将均相同的细菌对归入h0假设，将不全相同的细菌归入h1假设，计算h0假设与h1假设的似然值的比值，并与通过排列置换确定的阈值作为比较标准，作为不同背景条件下的细菌互作网络差异是否显著的判别依据。
14.本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置，提供了一种研究细菌互作关系的网络模型构建方法和数据分析框架，能够从系统生物学角度研究阴道微生态中的细菌互作关系。其基本原理在于将阴道微生态看成一个整体，视多种细菌互作为博弈，构建细菌互作的全信息性网络模型，用计算生物学技术定性定量定向地提取出反映多种细菌互作关系的参数，作为评判不同背景条件细菌互作关系以及是否存在差异的依据。
15.本发明所述细菌互作关系包括多种细菌互作的方向、大小、性质和动态变化，能展现不同背景下细菌互作网络结构和功能变化。本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置可以对不同背景条件下阴道微生态中的细菌互作关系进行系统分析，为定性定量定向地描述细菌互作关系提供数据和参数。例如，对于不同个体、不同健康状态、阴道ph值、性激素、抗生素使用等背景条件，提取出判别背景条件是否对细菌互作产生显著影响的判别依据，在此基础上深入探讨细菌互作对阴道微生态平衡的作用和影响。本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置能够为阐释阴道炎发病机制提供数据分析，科学评估不同背景条件下的阴道微生态状况，根据细菌互作关系针对性选择抗生素和益生菌，为个性化精准修复微生态失衡和维护微生态平衡提供数据处理方法和分析技术。
附图说明
16.图1为根据本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法
的流程示意图。
17.图2为基于本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置处理后所构建的正常组和av组的细菌互作网络图，其中图2a为正常组，图2b为av组。
18.图3为基于本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置处理后所构建的3个不同ph组的细菌互作网络图，其中图3a为ph3.8组，图3b为ph4.0-4.4组，图3c为ph4.6-5.4组。
19.图4为基于本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置处理后所构建的卵泡期和黄体期的细菌互作网络图，其中图4a为正常组卵泡期，图4b为正常组黄体期，图4c为av组卵泡期，图4d为av组黄体期。
20.图5是基于本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置处理后所构建的是否使用抗生素的细菌互作网络图，其中图5a为长抗组，图5b为非长抗组，图中1：乳酸菌，2：加德纳菌，3：链球菌，4：阿托波菌，5：普雷沃菌，6：气球菌，7：厌氧球菌，8：假单胞菌，9：双歧杆菌，10：克雷伯菌，11：大肠杆菌，12：纤毛菌，13：优干菌，14：解脲支原体，15：芬戈尔德菌，16：盐单胞菌，17：孪生菌，18：肠球菌，19：小杆菌，20：棒杆菌，21：葡萄球菌，22：其他菌。
具体实施方式
21.下面结合附图，对本发明作详细说明。
22.此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。
23.本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。
24.参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
25.同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解（例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等）。
26.本发明的目的是通过数据处理方法来全面系统地揭示阴道微生态中的细菌互作关系，展现不同个体和不同背景条件下细菌互作网络的差异。作为个性化精准修复阴道微生态失衡和恢复阴道微生态平衡提供数据处理方法和分析技术。为实现该目的，本发明具体实施方式中，采用了下述技术方案。
27.图1为根据本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法的流程示意图。如图所示，本发明提供一种阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法，该
方法包括步骤：a、对于不同背景条件中的每一种背景条件，根据该背景条件下多个样本中多种细菌的互作状态，确定该背景条件下细菌互作网络，获得该背景条件下每一种细菌的独立参数和互作参数，判断细菌互作的方向、强度和性质；b、检验不同背景条件下的细菌互作网络差异的显著性。
28.另外，本发明具体实施方式中，阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法中，根据一种背景条件下多个样本中多种细菌的互作状态，确定该背景条件下细菌互作网络的步骤包括：a1、获取不同背景条件下多个样本中各种细菌的核糖体核糖核酸测序结果，得到不同细菌的操作分类单元数据；a2、对于每个样本中每种细菌的操作分类单元数据和该样本中所有细菌的操作分类单元数据总和，利用异速率拟合这二者的关系;a3、基于博弈论构建该样本中多种细菌互作网络模型；a4、对于多个样本中的每一个，根据多种细菌间发生互作的情况，设定并解析多个样本下多种细菌丰度的似然函数，基于获得的多种细菌的独立参数和互作参数，构建该背景条件下的细菌互作网络。
29.另外，本发明具体实施方式中，阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法中，检验不同背景条件下的细菌互作网络差异的显著性的步骤包括：b1、基于各个不同背景条件，构建对应背景下的细菌丰度似然函数，获得不同背景条件下每一种细菌的独立丰度和互作丰度以及对应的独立参数和互作参数；b2、针对不同背景条件下每一种细菌的互作参数，与对应细菌比较，判断细菌互作的方向性质和强度是否均相同；将均相同的细菌对归入h0假设，将不全相同的细菌归入h1假设，计算h0假设与h1假设似然值的比值，将比值与通过排列置换确定的阈值进行比较的结果，作为不同背景条件下的细菌互作网络差异是否显著的判别依据。
30.另外，本发明具体实施方式中，阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法中，根据多个样本中的每一个，对于多种细菌间发生互作的情况，设定并解析多个样本下多种细菌丰度的似然函数的步骤包括：a41、对于每一样本，选取包括细菌数量为变量数目的多元正态概率密度函数 ，由丰度向量、均值向量和对称性协变量矩阵构成；a42、对于多个样本，对每个样本下的多元正态概率密度函数进行乘积，构成多个样本下多种细菌丰度的似然函数；a43、利用四阶龙格-库塔法求解多个样本下多种细菌丰度的似然函数中每种细菌丰度的最大似然值，获得该背景条件下每一种细菌的独立丰度和互作丰度以及对应的独立参数和互作参数。
31.另外，本发明具体实施方式中，阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法中，对于多个样本，对每个样本下的多元正态概率密度函数进行乘积，构成多个样本下多种细菌丰度的似然函数包括，多个样本下多种细菌丰度的似然函数为： ，
其中， 表示细菌j (j = 1,
ꢀ…
, m)在第1~n个样本中的丰度向量， = ，,其中m为细菌种类，n为样本数量，e为一个样本中所有细菌的操作分类单元数据总和， 为测量误差矩阵和互作误差矩阵之和。
32.为了便于本领域计算人员对于以上方法流程深入理解，以下以数学公式的方式对上述方法流程进行详细说明。但是需要强调的是，本发明实质上是一种对于不同背景条件下细菌互作状态的数据处理和分析方法，并非纯粹的数学运算，也并不直接用于疾病的诊断和治疗，只是对测序数据进行处理，目的是从大量的原始数据提取出对于分析背景条件具有帮助作用的显著要素。
33.步骤1，采集不同个体的阴道菌群样本，进行16s rrna 测序，获得不同细菌的门纲目科属种水平的操作分类单元（operational taxonomic units，otu）数据。
34.otu数据是在系统发生学研究或群体遗传学研究中，为了便于进行分析，给某一个分类单元（品系，种，属，分组等）设置的同一标志。例如通常按照 97% 的相似性阈值将序列划分为不同的 otu数据，每一个 otu 数据通常被视为一个微生物物种。相似性小于97%就可以认为属于不同的种，相似性小于93%-95%，可以认为属于不同的属。样品中的微生物多样性和不同微生物的丰度都是基于对otu数据的分析。
35.步骤2， 假定有n个样本，m种细菌，其中细菌j在第i个样本（i=1,
…
,n; j=1,
…
,m）的otu数据为 ， 是第i样本所有的m种细菌的otu总量，即 。将n个 按数值大小进行升序排列， 间关系用异速律拟合，表示为:上式（1）中参数 和 决定了细菌j的丰度随样本i改变的情况，利用该公式进行otu数据类动态转化，以满足后续构建微分方程组时的数据要求。
36.步骤3，基于博弈论构建细菌互作网络模型，表示为：公式（2）中 表示细菌j处于独立状态时的独立丰度， 表示细菌j被细菌 互作影响的互作丰度，它们分别根据独立参数 和互作参数 来调整，在细菌互作网络中分别体现为节点和连线，节点之间线条粗细与参数数值相关。
37.步骤4，利用 表示细菌j (j = 1,
ꢀ…
, m)在n个样本中的丰度向量，共有m种细菌间发生互作，则n个样本中细菌j丰度的似然函数为：
公式（3）中 是一个含有m个变量的多元正态概率密度函数，由均值向量 和对称性协变量矩阵 构成，μ和 分别用公式（4）和公式（5）表示。
38.步骤5，
ꢀꢀ
公式（4）中的 用套索算法lasso降维后的公式（2）拟合，降维后m被dj替代，用独立参数 和互作参数 表示 (j = 1,
ꢀ…
, dj;
ꢀꢀ
= 1,
ꢀ…
, j
ꢀ–ꢀ
1, j 1,
ꢀ…
,dj)。
39.步骤6，公式（5）中的协变量矩阵可进一步可分解公式（5a）和（5b）：公式（5）中的协变量矩阵可进一步可分解公式（5a）和（5b）：公式（5a）表示细菌j的测量误差矩阵，公式（5b）表示细菌j和 的互作误差矩阵，它们分别用参数
ꢀꢀ
(j = 1,
ꢀ…
, m)和 表示。
40.步骤7，用四阶龙格-库塔法求解公式（3）中细菌j丰度的最大似然值，并由此获得各个细菌的独立参数和互作参数的数值。
41.步骤8，比较不同背景条件下的细菌互作网络。
42.构建不同背景条件下的细菌互作网络，例如健康态和炎症态，月经的卵泡期和黄体期以及不同阴道ph值的细菌互作网络，进一步鉴别比较它们的网络差异。假定有c种不同背景，其中背景c (c = 1,
ꢀ…
, c)有n个样本，m种细菌， 是c背景样本中细菌j (j = 1,
ꢀ…
, m)的丰度向量，不同背景条件下的细菌存在测量误差和互作误差，所有c种背景条件下细菌的丰度似然函数可表示为：公式（6）中 为c背景条件下m个变量的多元正态概率密度函数，由均值向量 和协变量矩阵 构成，求解方法跟公式（3）一样，求解独立参数 和互作参数 (j = 1,
ꢀ…
, m; = 1,
ꢀ…
, j
ꢀ–ꢀ
1, j 1,
ꢀ…
, m; c = 1,
ꢀ…
, c)，获得c背景下每种细菌的独立丰度和互作丰度。
43.步骤9，检验不同背景条件的细菌互作网络差异的显著性。
44.比较背景c1和c2(下的细菌互作网络，网络差异的显著性可通过以下假设进行检验：过以下假设进行检验：至少有一个h0假设下的等量不成立(7)零假设h0为细菌j和在背景c1和c2下的互作方向和强度都相同，否则为备择假设h1。计算假设h0和h1似然值的比值，并将比值与通过排列置换确定的阈值进行比较，确定不同背景条件下的网络差异是否显著，具有统计学意义，若差异检验有统计学意义，说明这种背景因素可引起细菌互作网络显著变化。
45.与本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法相对应，本发明具体实施方式中还包括一种阴道微生态中细菌互作关系的数据处理装置，该装置包括背景解析组件和背景检验组件，其中，背景解析组件对于不同背景条件下的每一种背景条件，根据该背景条件下多个样本中多种细菌的状态，确定该背景条件下细菌互作网络，获得该背景条件下每一种细菌的独立丰度和互作丰度；背景检验组件用于检验不同背景条件下的细菌互作网络差异的显著性。
46.另外，本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理装置中，背景解析组件包括操作分类单元数据获取单元、拟合单元、细菌互作网络模型构建单元和解析单元，其中，操作分类单元数据获取单元用于获取不同背景条件下多个样本中的各种细菌的核糖体核糖核酸测序结果，得到不同细菌的操作分类单元数据；拟合单元对于每个样本中每种细菌的操作分类单元数据和该样本中所有细菌的操作分类单元数据总和，利用异速率关系拟合这二者的关系;细菌互作网络模型构建单元基于博弈论方法构建该样本中多种细菌互作网络模型；解析单元对于多个样本中的每一个，对于多种细菌间发生互作的情况，设定并解析多个样本下多种细菌丰度的似然函数，基于获得的多种细菌的独立参数和互作参数，确定该背景条件下的细菌互作网络。
47.另外，本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理装置中，背景检验组件包括背景解析单元，背景差异判别依据提取单元，其中，背景解析单元构建各个不同背景条件下的细菌丰度似然函数，解析获得不同背景条件下每一种细菌的独立丰度和互作丰度及对应的独立参数和互作参数；背景差异判别依据提取单元针对不同背景条件下每一种细菌的互作参数，与对应细菌之间比较，判断细菌互作的方向性质和强度是否均相同；将均相同的细菌对归入h0假设，将不全相同的细菌归入h1假设，计算h0和h1假设的似然值的比值，并与通过排列置换确定的阈值进行比较的结果，作为不同背景条件下的细菌互作网络差异是否显著的判别依据。
48.本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置，提供了一种研究细菌互作关系的网络模型的处理方法，能够从系统生物学角度研究阴道微生态中的细菌互作关系。其基本原理在于将阴道微生态看成一个整体，视多种细菌互作为博弈，构建细菌互作
的全信息性网络模型，运用计算生物学技术定性定量定向地提取出反映多种细菌互作关系的参数，作为评判背景条件与细菌互作关系的依据。
49.本发明所述细菌互作关系包括多种细菌互作的方向、大小、性质和动态变化，能展现不同背景条件下细菌互作网络结构和功能变化。本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置可以对不同背景条件下阴道微生态中的细菌互作关系进行系统分析，为定性定量定向地描述细菌互作关系提供数据和参数。例如，对于不同个体、不同健康状态、阴道ph值、性激素、抗生素使用等背景条件，提取出判别背景条件是否对细菌互作产生显著影响的判别依据，在此基础上深入探讨细菌互作对阴道微生态平衡的作用和影响。本发明的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置能够为阐释阴道炎发病机制提供数据分析，科学评估不同背景条件下的阴道微生态状况，根据细菌互作关系针对性选择抗生素和益生菌，为个性化精准修复微生态失衡和维护微生态平衡提供数据处理方法和分析技术。
50.以下再通过一些具体的应用例来说明本专利具体实施方式的技术效果，这些应用例涉及到对于本专利处理数据后的结果的进一步应用，但是本专利的技术方案却并不涉及其中对应的诊断手段，而只是用于说明本发明具体实施方式对于数据处理的有益效果。
51.实例分析所用数据来源：需氧菌性阴道炎（aerobic vaginitis，av）是一种常见的危害妇女生殖健康的阴道炎性疾病，由多种阴道细菌互作异常导致阴道微生态失衡引起。应用实例分析所用数据来自2020年wang 等公开发表的论文《vaginal bacterial profiles of aerobic vaginitis: a case-control study》，该论文共收集240例生育期妇女的阴道微生物样本，而样本来自妇产科门诊的80例av患者（av组）和同期体检中心的160例无阴道炎的正常妇女（正常组），她们的生活习惯、月经周期、阴道ph值、抗生素使用情况、样本的细菌培养和药敏实验结果等均有详细记录。样本提取dna后送hiseq 2500平台进行16s rrna测序，通过生信分析得到以97%为基准聚类的otu数据，各细菌在门纲目科属种不同水平的otu不同。
52.第一应用实例细菌互作关系会影响阴道微生态平衡和阴道健康状态，为研究正常妇女和av患者阴道微生态中的细菌互作关系，特构建正常组和av组细菌互作网络。下载数据按阴道健康状态，即是否患有av阴道炎，分为正常组和av 组，样本例数分别为160和80。以otu数值表示细菌丰度为基础，各样本属水平的otu求和后获得该样本的细菌表达指数（expression index,ei)。根据分组信息，图2为基于本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置处理后构建的正常组和av组的细菌互作网络图。网络图中节点表示不同细菌，各种连线分别表示促进作用和抑制作用，连线粗度表示互作强度，箭头起点和终点指示互作方向，分别表示互作影响的发出者和接受者。对图2进行细菌互作分析和网络比较，可以看出两组的细菌互作网络存在差异，av组网络比正常组复杂，细菌间互作更紧密，连接更多，互作强度差异没正常组大，所以av组的网络更稳定。正常组网络中乳杆菌是枢纽细菌，对外互作最多，互作性质有促进也有抑制，例如抑制加德纳菌和链球菌，促进葡萄球菌和阿托波菌，细菌间的互作强度也不同，其中对加德纳菌的抑制强度最大。
53.第二应用实例细菌互作关系也受到阴道ph值影响，不同酸碱背景条件下细菌间的作用和功能也
不同，可以基于本发明构建不同阴道ph的细菌互作网络图。获取数据按阴道ph值分为三组，即ph 3.8、4.0-4.4和4.6-5.4，例数分别为133、41和66。以otu数值表示细菌丰度为基础，各样本属水平的otu求和后获得该样本的细菌表达指数。根据阴道ph信息，按照图1所示的分析流程和技术方案中的计算步骤，在属水平分别构建3个ph组的细菌互作网络，基于本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置处理后构建的3个不同ph组的细菌互作网络图，见图3。
54.网络图中节点表示不同细菌，各种连线分别表示促进作用和抑制作用，连线粗度表示互作强度，箭头起点和终点指示互作方向，分别表示互作影响的发出者和接受者。对图3进行细菌互作分析和网络比较，可以看出阴道ph会影响细菌互作，3组细菌的互作网络存在差异。阴道ph 3.8时，乳杆菌是网络中唯一的枢纽细菌，互作性质主要是抑制加德纳菌、链球菌和假单胞菌，促进普雷沃菌，多种厌氧菌和需氧菌和谐共处。阴道ph 4.6-5.4时，乳杆菌不再是网络枢纽，需氧菌和厌氧菌间联系明显紧密，双方向互作为主，互作类型复杂。阴道ph 4.0-4.4的细菌互作网络复杂度居中，乳杆菌对其它细菌的作用强度明显削弱，非乳杆菌间互作增多。
55.第三应用实例阴道微生态中的细菌互作还受性激素影响，不同月经周期的雌激素和孕激素水平不同，细菌互作关系也会发生变化，为此构建卵泡期和黄体期的细菌互作网络。获取数据根据所处月经周期，即卵泡期和黄体期进行分组，其中正常组卵泡期和黄体期的例数分别为82和72，av组处于卵泡期和黄体期的例数分别为45和34。以otu数值表示细菌丰度为基础，各样本otu求和后获得该样本的细菌表达指数。根据分组信息，基于图1所示的分析流程和技术方案中的处理步骤，选取种水平丰度居前10的乳杆菌分别构建网络，图4为基于本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置处理后构建的卵泡期和黄体期的细菌互作网络图。
56.图4中网络中节点表示不同细菌，各种连线分别表示促进作用和抑制作用，连线粗度表示互作强度，箭头起点和终点指示互作方向，分别表示互作影响的发出者和接受者。可以发现，正常组和av组在卵泡期和黄体期的网络变化都不剧烈。正常组的乳杆菌互作类型比较单一，不管是卵泡期还是黄体期，卷曲乳杆菌都是网络枢纽菌，对绝大多数乳杆菌给予单向型促进性质的影响，对惰性乳杆菌的促进强度尤为强烈。av时乳杆菌互作明显复杂，基本上都是双向型互作，互作性质有促有抑，卷曲乳杆菌的网络枢纽地位已不明显，卵泡期约氏乳杆菌对惰性乳杆菌明显抑制性作用，到黄体期减弱，使得惰性乳杆菌增多，造成黄体期阴道ph值有所升高，发生微生态失衡风险增大。可见，不同健康状态的细菌互作网络随月经周期的变化不同，黄体期发生av的风险更大。
57.第四应用实例长期使用抗生素会抑制敏感菌繁殖，促进机会菌生长，破坏微生态平衡，影响细菌互作关系和药物敏感性，发生细菌耐药现象。研究细菌互作关系有利于合理选用抗生素，改善阴道炎复发和耐药现象。获取数据按av患者是否长期使用抗生素分为两组：长期使用抗生素组（长抗组）和非长期使用抗生素组（非长抗组），分别有16例和64例。以otu数值表示细菌丰度为基础，各样本属水平的otu求和后获得该样本的细菌表达指数。根据分组信息，基于图1所示的分析流程和技术方案中的计算步骤分别构建互作网络，图5是基于本发明具体
实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置处理后所体现出的不同抗生素使用情况的细菌互作网络图。
58.网络中节点表示不同细菌，各种连线分别表示促进作用和抑制作用，连线粗度表示互作强度，箭头起点和终点指示互作方向，分别表示互作影响的发出者和接受者。通过互作网络图可以看出，非长抗组网络结构较稳定，细菌间互作联系多，而长抗组细菌间相互抑制，细菌互作变得稀疏且以抑制为主，乳杆菌的输入和输出影响均为强烈抑制，这样的网络结构稳定性差，容易发生微生态失衡，所以长期使用抗生素是av发生的高危因素。通过以上几个应用实例可以看出，本发明具体实施方式中的阴道微生态中细菌互作关系的数据处理方法和装置，有助于从大量原始数据中提取出反映不同背景条件下细菌互作关系的显著特征，它用一种高效全息的网络模型进行数据处理。
59.上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，本发明实施方式中所述只是在目前技术条件下本发明的技术流程的典型样例，在不脱离本发明的技术原理、步骤、功能、应用和实施框架的前提下，还有很大的优化提升空间，这些改进、优化等也视为本专利的保护范围。因此，如前所述，应当理解本发明并非局限于本说明书所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本说明书所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。